[发明专利]一种石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯‑聚合物纳米复合水基润滑添加剂及其制备方法和应用，涉及水基润滑添加剂技术领域。本发明提供的石墨烯‑聚合物纳米复合水基润滑添加剂，有效成分由氧化石墨烯与刷型壳聚糖接枝共聚物非共价自组装复合而成。在本发明中，刷型壳聚糖接枝共聚物利用其与氧化石墨烯表面的含氧官能团之间的氢键和静电相互作用，可以组装到石墨烯表面形成非共价纳米复合物；刷型壳聚糖接枝共聚物的组装一方面可以增强石墨烯的分散稳定性，另一方面通过刷型壳聚糖接枝共聚物和石墨烯之间的协同作用，增强石墨烯在摩擦界面的吸附，并提高碳质摩擦反应膜的稳定性，从而具有优异的减摩抗磨性能。

技术领域

本发明涉及水基润滑添加剂技术领域，具体涉及一种石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

摩擦和磨损是导致机械设备故障和增加能源消耗的主要原因之一，润滑被认为是节省能源并延长设备使用寿命最有效的方法之一。传统的油基润滑剂可以在摩擦表面上形成油膜，以避免两个滑动表面之间直接接触来减少摩擦和磨损。但是石油来源的油基润滑剂由于其闪点低、易燃、导热系数小的性质而无法应用在一些具有爆炸危险和需要快速散热的特殊工况条件，因此油基润滑剂经常受到限制。同时由于环境问题的日益严重和资源短缺，近年来，使用水作为润滑流体已经引起了摩擦学领域的广泛关注。水基润滑剂具有成本低、环境相容性好、无毒、导热系数高等优点。但是与油基润滑剂相比，水本身粘度低，易蒸发且易腐蚀，无法像油一样在摩擦副表面形成油膜来有效降低摩擦磨损，这极大的限制了水作为润滑剂的应用范围。因此，亟需开发高效水基润滑添加剂改善水的润滑性能，降低摩擦系数，并减少磨损。

石墨烯以其独特的力学性能、导电性、高导热性和低表面能，被认为是极具发展前景的纳米添加剂之一。在水中加入少量氧化石墨烯可以显著降低摩擦系数，但是石墨烯薄片之间强范德华力和π-π相互作用导致其在剪切过程中容易团聚。因此，如何在提高石墨烯在水中分散性的同时，保持其优异的摩擦学性能是将其作为水基润滑剂添加剂的关键。例如，专利CN108130159A报道了一种利用氨基化的聚乙二醇共价改性羧基化石墨烯，获得水分散性好的石墨烯添加剂，同时也显著改善了氧化石墨烯的摩擦学性能。但是，该改性方法制备过程复杂，需要使用多种有毒的化学试剂，而且共价改性在一定程度上会破坏石墨烯的共轭结构，影响其摩擦学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂及其制备方法和应用，本发明提供的石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂不仅改善了氧化石墨烯在水中的分散稳定性，而且具有优异的减摩抗磨性能，能够承受高的载荷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂，有效成分由氧化石墨烯与刷型壳聚糖接枝共聚物非共价自组装复合而成。

优选地，所述刷型壳聚糖接枝共聚物的侧链为聚丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐或聚甲基丙烯酸磺酸甜菜碱。

优选地，所述刷型壳聚糖接枝共聚物中壳聚糖与聚合单体的质量比为1:5～20。

优选地，所述氧化石墨烯为片状，片层厚度为0.8～5nm。

优选地，所述氧化石墨烯与刷型壳聚糖接枝共聚物的质量比为1:0.1～5。

优选地，所述石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂为水分散液；以所述石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂中氧化石墨烯的质量计，所述氧化石墨烯在水分散液中的浓度为0.5～2mg/mL。

本发明提供了上述技术方案所述石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂的制备方法，包括以下步骤：

将刷型壳聚糖接枝共聚物和氧化石墨烯水分散液混合，得到石墨烯-聚合物纳米复合水基润滑添加剂。

优选地，所述氧化石墨烯水分散液的质量浓度为0.5～2mg/mL。